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纤维增强复合材料的破坏是由材料固有小缺点发生的。这些缺点可以是破断的纤维、基体中的裂纹和界面脱胶。裂纹扩展的断裂过程可能是复合材料断裂过程中发生的局部破坏,可以这样描述它在裂纹前方某段距离的纤维是完整无损的,在裂纹尖处附近的高应力区,纤维破坏了,虽然破坏不一定沿着裂纹平面。紧挨在裂纹后面的纤维,从基体中拔出。在一些复合材料中,裂纹尖处附近的应力能引起纤维在断裂前与基体脱胶。由于裂纹扩展,纤维还可能继续破坏。当脆性纤维与韧性基体粘结很好时,纤维势必在裂纹尖处前面将它挡住,在基体材料中架起一座桥,使基体材料颈缩,以完全韧性方式破坏。除了这些破坏机理外,当裂纹达到层压复合材料两个铺层的界面上,它能分支并沿界面扩展,因此产生裂纹。纤维增强复合材料的破坏基本形式包括纤维断裂、纤维脱胶、纤维拔出、基体变形和开裂、界面脱粘和分层裂纹。破坏过程就是这些基本损伤形式的形成和扩展过程。
纤维断裂
增强纤维一般在高应力状态下破断,破坏端头附近呈应力集中状态
纤维脱胶
在断裂过程中由于裂纹平行于纤维扩展脱胶裂纹,则纤维与基体材料分离,在这个过程中,纤维与基体材料间化学键的或次价键的粘附均被破坏。当纤维强而界面弱时,就发生这类开。一个脱胶裂纹可在纤维—基体界面上或在邻近的基体中扩展,这取决于它们相对的强度。在这两种情况下,都形成新的表面。如果脱胶的范围大,则断裂能明显增长。如图和图中的一些纤维就属这种情况,纤维浮于表面而未被埋于基体之中。
纤维拔出
当脆性的或不连续的纤维嵌于韧性基体中时,会发生纤维拔出。纤维断裂在其本身的薄弱横截面上,这个截面不一定与复合材料断裂面重合。纤维断裂在基体中引起的应力集中因基体屈服而得到缓和,因此阻止了基体裂纹,而这一裂纹参加到其他纤维断裂中去。在这种情况下,断裂以纤维从基体中拔出的破坏方式进行,而不是纤维重新在复合材料断裂平面上断裂。
纤维脱胶和纤维拔出的区别在于当基体裂纹不能横断纤维而扩展时发生纤维脱胶而纤维拔出是起始于纤维破坏的裂纹没有能力扩展到韧性基体中去的结果。纤维拔出通常伴随着基体的伸长变形,而这种变形在纤维脱胶中是不存在的。由于在这两种情况下破坏都发生在纤维—基体界面,所以纤维脱胶和纤维拔出在现象上看来可能类似,但其实不然。